Новый анализ немецкой ядерной программы показывает, что экспериментальный реактор B8 не был близок к самоподдерживающейся ядерной реакции. Для его запуска Германии не хватало значительно большего количества урана и тяжёлой воды, чем считалось ранее.

В последние месяцы Второй мировой войны группа немецких учёных предприняла попытку создать ядерное оружие. Центральным элементом проекта стал эксперимент B8, разработанный после нескольких лет исследований под руководством физика и нобелевского лауреата Вернера Хайзенберга.

Долгое время считалось, что немецкая ядерная программа была относительно близка к запуску самоподдерживающейся ядерной реакции. В публикации 1947 года Хайзенберг назвал реактор B8 «недостаточным», объяснив это нехваткой небольшого количества урана, необходимого для начала цепной реакции.

Новое исследование, проведённое группой под руководством учёного из Мэрилендского университета Тимоти Котта, ставит такую оценку под серьёзное сомнение. Согласно приведённым в исследовании расчётам, немецким учёным требовалось примерно на 20% больше урана и на 80% больше тяжёлой воды, чем имелось в распоряжении.

Таким образом, даже самый передовой немецкий ядерный эксперимент оставался далеко от условий, необходимых для самоподдерживающейся реакции. Германия не располагала достаточным количеством материалов, собранных в одном месте.

Немецкая ядерная программа началась вскоре после первых экспериментов по расщеплению атомного ядра в 1939 году и получила название Uranprojekt. После начала Второй мировой войны исследования стали учитывать и возможное военное применение ядерной физики.

В Германии построили несколько экспериментальных реакторов, известных как «пилоты», в Лейпциге, Берлине и Готтове. Наиболее амбициозным из них был B8 в Берлине. Он состоял из 664 кубов естественного урана, размещённых концентрическими кольцами в сосуде с тяжёлой водой и окружённых графитом.

Принцип работы такой установки заключается в том, что при делении атомных ядер высвобождаются нейтроны. Они могут вызвать деление других ядер. Чтобы процесс продолжался самостоятельно, хотя бы один из высвободившихся нейтронов должен запускать новое деление.

Тяжёлая вода замедляет нейтроны, не поглощая при этом слишком большую их часть, а графит возвращает часть отклонившихся нейтронов в активную зону. При достаточном количестве подходящего материала это может привести к самоподдерживающейся реакции.

Однако B8 не достиг необходимой критичности даже тогда, когда советские и союзные войска уже наступали на Германию. Хайзенберг считал, что главной причиной была нехватка материалов.

Тяжёлую воду для проекта поставлял завод в Норвегии, уничтоженный в 1944 году. Уран был распределён между несколькими экспериментальными реакторами.

Это породило один из главных вопросов, связанных с немецкой программой: могла ли она добиться успеха, если бы все доступные материалы собрали в одном месте.

В 2013 году Котт получил в подарок один из урановых кубов, использовавшихся в немецкой программе. Вместе с коллегой Мириам Хиберт он начал изучать их историю. Первоначальные расчёты показали, что совокупных запасов Германии потенциально могло хватить для достижения критичности, если бы их объединили.

Однако более позднее исследование дало иную картину. Анализ двух сохранившихся кубов и исторических документов подтвердил основные расчёты Хайзенберга, но показал, что B8 оставался значительно ниже необходимого уровня. Для работы установки, согласно этому анализу, немцам требовалось примерно в два раза больше урана и более чем в два раза больше тяжёлой воды.

Даже изменения конструкции, например частичная замена тяжёлой воды графитом, вероятно, не решили бы проблему из-за недостаточной чистоты доступных материалов.

Исследование не даёт окончательного ответа на вопрос, могла ли Германия вообще создать атомную бомбу. При иной организации работ, больших ресурсах и более высоком приоритете проекта результат теоретически мог быть другим.

Тем не менее исторические данные показывают, что Германия была гораздо дальше от создания ядерного оружия, чем предполагают некоторые популярные версии истории.

Исследование опубликовано в журнале PNAS Nexus.